Індукторний генератор

Індукторний генератор, що складається з ротора з зубцями, які виконані з магнітом'якого матеріалу, та статора, що має декілька магнітних ланцюгів, кожен з яких містить шихтований магнітопровід з обмотками (збудження та робо Корисна модель відноситься до галузі електромашинобудування, а саме до виробництва електричних машин. Відомий індукторний генератор [Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины: Учеб. пособие для электромех. и электроэнерг. спец. вузов, М.: Высшая школа, 1990, 416с, с.136-139], в якому робоча обмотка 1 та обмотка збудження 2 знаходяться на статорі, а зміна магнітного потоку, що проходить через робочу обмотку, відбувається за рахунок періодичної зміни магнітного опору на шляху робочого потоку при обертанні ротора З, який складається зі втулки 4 (з магнітом'якого матеріалу) та пакета 5 з виступами (зубцями), що примикають через робочі зазори 8mm, 5max до зубців статора 6. Таким чином, ротор відносно якоря має магнітну несиметричність, яка проявляється у різниці мінімального § т ш та максимального 5 m a x зазору. Основний потік магнітної індукції, що створює обмотка збудження, замикається через корпус 7, втулку 4, робочі зазори і зубці. Між втулкою 4 та пакетом статора потік розгалужується: його більша частина Фтах замикається через зубці ротора 5 і найменший зазор 6mm, а менша частина Ф т т - через найбільший зазор 6тах. При роботі індукторного генератора, завдяки обертанню ротора, в кожній секції робочої обмотки буде по черзі проходити чою), робочі обмотки кожного магнітного ланцюга є скупченими, зміщені аксіально під кутом 120° одна відносно одної, який відрізняється тим, що ротор генератора виконаний у вигляді порожнистого циліндра, на боковій поверхні якого розташовані плоскі зубці; магнітопровід кожного магнітного ланцюга статора виконаний Ш-подібним, обмотка збудження складається з двох однакових частин, які з'єднані між собою узгоджено та розташовані на крайніх стрижнях Ш-подібного магнітопроводу, робоча обмотка розташована на середньому його стрижні. то потік Фтах, то потік Ф т т- Внаслідок цього в робочій обмотці буде виникати електрорушійна сила (ЕРС). Зауважимо, що магнітна індукція в кожній точці робочого зазору змінюється тільки за величиною, а її напрямок залишається сталим. Недоліком такого генератора є велика металоємність ротора, а також відсутність можливості регулювати номінальні параметри генератора (потужність, напругу, струм, частоту обертання). Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є: наявність ротора з зубцями з магнітом'якого матеріалу, наявність статора з обмотками (збудження та робочою). Відомий також індукторний генератор [Пат. 63405А Україна. Індукторний генератор. Заявка №2003043366; Опубл. 15.01.2004; Бюл.№1, 2004. 6с], ротор якого має форму диска, на якому насаджені довгі плоскі зубці-пластини 1. Зубці та диск розташовані в однієї площині. Статор виконано з декількох магнітних ланцюгів 2, кожний з яких містить шихтований магнітопровід 3 з магнітом'якого матеріалу та обмотки (збудження 4 та робочу 5), робочі обмотки кожного магнітного ланцюга є скупченими, зміщені аксіальне під електричним кутом 120° одна відносно одної (для отримання трифазного струму). Магнітопровід магнітного ланцюга має повітряний зазор. При проходженні зубців о о CD О) 6009 ротора в зазорі магнітопроводу змінюється магнітний потік, створений обмоткою збудження, внаслідок чого індукується ЕРС в робочій обмотці. Кожен зубець відповідає одній парі полюсів синхронного генератора. Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є: наявність ротора з зубцями з магнітом'якого матеріалу, наявність статора, виконаного з декількох магнітних ланцюгів, кожний з яких містить шихтований магнітопровід з обмотками (збудження та робочою), робочі обмотки кожного магнітного ланцюга є скупченими, зміщені аксіально під електричним кутом 120° одна відносно одної (для отримання трифазного струму). Недоліками такого генератора є наявність постійної складової магнітного потоку через робочу обмотку, яка не призводить до створення ЕРС, а лише знижує магнітну проникливість магнітопроводу; високі вимоги до точності виготовлення та регулювання ротора, адже, проходячи в зазорі магнітного ланцюга, зубці перебувають у нестійкій рівновазі, і будь-яке відхилення площини зубця від площини диску призводить до появи незкомпенсованої електромагнітної сили, яка деформує зубець, що може призвести до пошкодження генератора. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити індукторний генератор, який шляхом використання статора з магнітними ланцюгами, кожен з яких містить Ш-подібний магнітопровід і розташування зубців на боковій поверхні циліндричного ротора дозволяє отримати періодичну зміну магнітної індукції в колі робочої обмотки не тільки за величиною, але й за напрямком, а також підвищити надійність роботи, отримати добрі маса-габаритні характеристики, низьку металоємність, підвищені питомі енергетичні показники. Суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, є наявність: циліндричного ротора з зубцями у вигляді пластин з магнітом'якого матеріалу, що розташовані на боковій циліндричній поверхні ротора; статора, який складається з декількох магнітних ланцюгів, кожен з яких містить шихтований Ш-подібний магнітопровід, на якому розміщено обмотки (збудження та робоча), обмотка збудження складається з двох однакових частин, які з'єднані між собою узгоджено та розташовані на крайніх стрижнях Ш-подібного магнітопроводу, робоча обмотка розташована на середньому його стрижні, обмотки кожного магнітного ланцюга є скупченими, зміщені аксіально під електричним кутом 120° одна відносно одної (для отримання трифазного струму). Відмінними від прототипу ознаками є те, що ротор генератора виконаний у вигляді порожнистого циліндра, на боковій поверхні якого розташовані плоскі зубці; кожний магнітний ланцюг статора містить Ш-подібний магнітопровід з обмотками (збудження та робочою), обмотка збудження складається з двох однакових частин, які з'єднані між собою узгоджено та розташовані на крайніх стрижнях Ш-подібного магнітопроводу, робоча обмотка розташована на середньому його стрижні. На Фіг.1 зображено однопакетний одноіменно полюсний індукторний генератор, який є аналогом заявленого рішення. На Фіг.2 зображено схему індукторного генератора, який є прототипом заявленого рішення. На Фіг.З зображено схему індукторного генератора, що заявляється. На Фіг.4 зображено схему одного магнітного ланцюга запропонованого індукторного генератора. Конструкція індукторного генератора містить: ротор 1 та статор 2. Ротор 1 виконаний у вигляді порожнистого циліндра 3, який насаджено на вал 4 за допомогою втулки 5 та спиць 6. На боковій поверхні циліндра З розміщені зубці 7, які виконані у вигляді пластин з магнітом'якого матеріалу. Ротор 1 обертається за допомогою первинного двигуна (на схемі двигун не позначений). Статор 2 складається з корпусу 8 з закріпленими на ньому декількома магнітними ланцюгами 9, встановленими навколо ротора 1. Кожний магнітний ланцюг 9 має Ш-подібний магнітопровід 10 та дві обмотки: обмотку збудження 11 та робочу обмотку 12. Обмотка збудження 11 складається з двох однакових частин (двох котушок), які з'єднані між собою узгоджено та розташовані на крайніх стрижнях Ш-подібного магнітопроводу 10, кожна частина обмотки збудження 11 намотана дротом меншої товщини, ніж дріт робочої обмотки 12, а також має більше число витків. Магнітопровід 10 кожного з магнітних ланцюгів 9, для зменшення втрат на вихрові струми (струми Фуко), виконано шихтованим з пластин товщиною 0,35-0,5мм з електротехнічної сталі, які електричне ізольовані одна від одної. Магнітні ланцюги 9 розташовані навколо ротора 1 таким чином, щоб між осями робочих обмоток 12 сусідніх магнітних ланцюгів 9 був електричний кут 120° (для отримання трифазного струму). Корпус 8 статора 2, на якому розміщені магнітні ланцюги 9, може бути виготовленим із будьякого міцного матеріалу. На корпусі 8 закріплені також підшипники 13 для обертання ротора 1. Система працює таким чином: на одному валу з ротором 1 знаходиться первинний двигун, що обертає ротор 1 генератора із заданою частотою. Обидві частини (котушки) обмотки збудження 11, що розташовані на крайніх стрижнях Ш-подібного магнітопроводу 10, з'єднані між собою узгоджено, таким чином, щоб магнітні потоки кожної з них у середньому стрижні магнітопроводу 10 були різних знаків. Отже, якщо Ш-подібний магнітопровід 10 розімкнений, то результуючий магнітний потік в середньому стрижні дорівнює нулю. Зубці 7 ротора 1 при його обертанні періодично замикають середній та, по черзі, один з крайніх стрижнів Ш-подібного магнітопроводу 10 з обмотками (збудження 11 та робочою 12), змінюючи при цьому магнітний опір відповідної частини Шподібного магнітопроводу від максимального значення Rmax, (коли ця частина розімкнена) до мінімального - R m (при замиканні даної частини зуm бцем 7 ротора 1). Відповідно до цього результуючий магнітний потік у середньому 6009 стрижні Ш-подібного магнітопроводу 10 буде змінюватися ВІД Фтах ДО - Фтіп- ВнаСЛІДОК ЧОГО ВИНИкає ЕРС у робочій обмотці 12. Приклад конкретного виконання Ротор 1 виконаний у вигляді порожнистого циліндра 3 з зовнішнім діаметром 0,4±0,001м, який з'єднаний за допомогою спиць 6 з втулкою 5, яку насаджено на вал 4. Вал 4 має змогу обертатися у підшипниках 13, що закріплені на корпусі 8 статора 2. Корпус 8 може бути виготовленим з будь-якого міцного матеріалу, наприклад, сталевої труби з внутрішнім діаметром 0,5±0,001м і товщиною стінки 0,005-0,006м. Ротор 1 має вісім зубців 7. Один зубець ротора має такі розміри: 1) ширина зубця - 0,03±0,0005м; 2) товщина зубця - 0,01 ±0,0001 м; 3) довжина активної зони зубця - 0,1±0,005м. Магнітопровід 10 магнітного ланцюга 9 має Шподібну форму, виконаний шихтованим з електротехнічної сталі. Має такі розміри: 1) загальна довжина Ш-подібного магнітопроводу - 0,45±0,001м; 2) товщина магнітопроводу - 0,03±0,001м; 3) ширина магнітопроводу дорівнює ширині зубця - 0,03±0,001 м; Повітряні зазори між торцями Ш-подібного магнітопроводу 10 і зубцем 7 становлять ФІГ. 1 5=0,5мм±0,1мм. Обмотки виконані з мідного дроту діаметром 1,0-1,5мм для робочої обмотки 12 та 0,5-0,6мм для обмотки збудження 11. Робоча обмотка має близько 1400 витків, а обмотка збудження - 2000 витків. Магнітні ланцюги 9 розміщуються на статорі 2 під електричним кутом 120° (для отримання трифазного струму). Така конструкція при обертанні ротора 1 первинним двигуном з частотою обертання 180об/хв має частоту струму 50Гц, номінальну потужність 4,0±0,2кВт, номінальну фазну напругу 220±5В, номінальний струм 18,0±1,5А. Маса конструкції без корпусу складатиме 40,0±0,5кг. Запропонований індукторний генератор дозволяє отримати електричний струм з частотою від 50Гц до 1000Гц; має підвищені питомі енергетичні показники, низьку металоємність, досить високу надійність в експлуатації. Такий генератор може використовуватися в установках для перетворення частоти струму, в індукційних нагрівальних пристроях тощо. Порівняно низька номінальна частота обертання генератора обумовлює доцільність його використання у вітрових та гідравлічних електростанціях. Заявлене рішення відповідає критеріям корисної моделі. Фіг. 2 1 0 „ Фіг. З Фіг. 4 Комп'ютерна верстка Д. Шеверун Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. К и ї в - 4 2 , 01601